截至2008年年底,中国风电装机容量达1215万千瓦,占全球总容量1.2亿千瓦的十分之一,位列第四。我国风电市场的蓬勃发展对配套的机床工业提供了发展新机遇。其中风力发电站相关装备的加工是机床需求的主力,需要多种精密、大型数控、专用机床与之配套。
中国风电业高速发展
中国风能协会(CWEA)的统计数据显示,2008年中国新增风电机组5130多台,装机容量624.6万千瓦(KW),比2007年的新增装机容量330.4万KW,增幅达89%.而且,单是2008年当年中国的新增装机容量,就已经过了中国截至2002年底全国总装机容量的总和。可见近年来中国风电业发展之迅猛。
截止2008年底,中国累计风电机组11600台,装机容量约1215.3万KW,分布在全国24个省(市/区),其中100万KW的有内蒙古、辽宁、河北和吉林等四省。相比2007年累计装机590.6万KW,2008年的增长率高达106%.
配套机床技术需求
据了解,风机机组关键部件诸如水平主轴、风轮、塔架均为大型构件,加工难度大,对精度的要求也高,必需专门设计专用加工设备,且需使兼具高速、、智能化、柔性化、CAD/CAM自动转换、自动检测、误差补偿、故障自动诊断等多项先进功能。目前,生产多的有齿轮箱风力发电机组,由于其结构复杂,完成其各种部件的制造需要不同机床设备进行加工。
风机的变速箱主要由箱体、行星轮系和变速机构等组成。风机变速箱体属于大型箱体,根据发电量的不同,直径约在2~3米之间,大部分为分体结构。加工需要镗杆直径约160~250mm的数控落地铣镗床和大型卧式加工中心、龙门加工中心等,加工精度要求较高,目前主要使用的仍是进口设备。
变速箱内的齿轮加工量很大,需要对大型内齿圈、圆柱直齿轮和斜齿轮等进行成批生产。主要加工设备为大型数控立式滚齿机、数控插齿机、数控磨齿机等。这些齿轮加工机床中,大规格普遍要求具有、重载、重切、刚性好的特点,主要依靠进口,中小型采用国产设备。
其中大规格、大模数齿轮和齿圈采用数控成型铣齿机和数控成型磨齿机。数控成形铣齿机要求大切深、大进给、滚速高。数控成形磨齿机要求精度达到5级以上,自动化程度高、自动调心、自动测量、自动修形、稳定性高。
风电叶片长达几十米,需要轮廓加工。所使用的叶片铣床,属于大规格轻型非金属五轴加工机床,对机床精度要求不高,功率和扭矩也小,但是,它的加工要求机床快速在60~80米/分,切削速度在30米/分左右,此类机床目前也基本依靠进口。
偏航机构的主要部件是带内外齿的大型轴承和4个小齿轮及变速装置等。这种大型轴承目前国内还不能制造,主要依靠进口。而加工设备主要是一些要求较高的专用机床装备。
此外,大规格卧式车铣磨复合机床用于加工电机转子轴,需要在传统卧式车床的基础上增加铣削、磨削功能,实现一次装夹加工完成。立式车铣磨复合机床用于电机定子,特别是定子下线槽的加工,这需要在传统立式车床的基础上增加铣削、磨削功能,实现一次装夹加工完成。
国内创新方案频现
近年来,针对风电产业零部件的加工,中国机械制造业积极研发具有自主知识产权的解决方案,逐步实现进口替代。
近日,由中国兵器工业集团北方重工公司完成的“2MW风力发电机主轴关键技术研究与开发”项目通过鉴定,其生产制造的2MW风机主轴产品性能符合国际标准,且达到批量生产的能力,所采用的胎膜锻造技术方法可满足2MW主轴直径比较大的特殊要求,更自行研制机械加工工装卡具,保证了2MW主轴的要求。
武重自主研发的XKD2755×570-2M型数控定梁双龙门移动镗铣床,也于近日通过了武汉市科技局组织的成果鉴定,认可该机床的精度确保技术和长行程机床导轨技术处于国际地位。这款镗铣床的加工效率是普通设备的4~6倍,应用领域广泛,尤其适合风电齿轮这种大规格零件的加工。
山东法因数控机械股份有限公司也在积极进军风电业,去年该公司的省级科技攻关项目“法因大功率风力发电装置关键部件数控成套加工装备”立项成功。该项目由以下3大设备组合而成:用于机舱360度回转的大型轴承内外圈加工的S15型5.5m回转工作台双轴数控钻床;用于水平主轴加工的S16型卧式数控钻床;用于塔架连接大法兰加工的PD5050型龙门移动式大型平面钻铣床。
随着风电产业的继续发展成熟,其对机床的需求必会有质和量的双重提升,反过来也将促进中国机床行业的产品结构升级。